氯化镁－DMF体系类离子液体物理性质的测定及意义

姜小萍， 汪继辉

（青海民族大学化学与生命科学学院，青海 西宁 810007）

在电化学研究中，常常会以离子液体作电解液应用于制造新型高性能电池、太阳能电池以及电容器等。作为一种绿色环保的溶剂，同时对反应还起到催化作用，常会以离子液体作为溶剂来达到合成的目的。而在最近几年，Abbott等［5－7］发现了一类含有氯化胆碱的低共熔溶剂，这类低共熔溶剂具有与离子液体相似的物化性质，被称为类离子液体。该类离子液体因其具有低黏度、高电导率等优点而主要应用于金属及金属合金的电沉积研究。目前，对于含有镁元素的类离子液体的报道很少，非氯化胆碱体系中含镁的类离子液体则更少。本文利用六水氯化镁和DMF溶剂作为反应物，在常温搅拌的条件下合成氯化镁－DMF体系的类离子液体，并对合成物众多的物理化学性质进行测定。其中，主要为电导率和含水量的测定。

1 实验部分

1.1 试剂和仪器

氯化镁，分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司；DMF，国药集团化学试剂有限公司；卡尔费休试剂，国药集团化学试剂有限公司。

DDSJ－318电导率仪，上海精密科学仪器有限公司；卡尔费休水分测定仪，广东科捷分析仪器有限公司。

1.2 六水合氯化镁的制备

将氯化镁固体试剂平铺在培养皿中，放入烘箱，调节烘箱温度在50℃～60℃，30min后取出密封，冷却即可。

1.3 氯化镁－DMF类离子液体的合成

1.3.1 准备部分

采用电子分析天平准确称取11.964g六水氯化镁至干燥、带有磁子的圆底烧瓶内，迅速封住瓶口（操作时，应尽量减少六水合氯化镁与空气接触的时间）。然后，继续称取47.855g的DMF溶剂，倒入上述的圆底烧瓶内，并盖紧瓶塞，编号为1。按照上述操作方法，再分别称取20.509、31.761、47.855g的六水合氯化镁和47.855g的DMF溶剂至3个不同的烧瓶内，编号2、3、4。

1.3.2 合成部分

将盛有药品的1、2、3、4号圆底烧瓶分别置于磁力搅拌器上，调节磁子的转速至平稳转动为止。待烧瓶内的白色固体完全溶于DMF溶剂，形成无色透明状后停止磁力搅拌，将烧瓶内液体倒入小锥形瓶，密封后按原来的编号依次编号。

1.4 类离子液体含水量测定

1.4.1 准备部分

打开水分测定仪电源，往反应器中加入卡尔费休试剂，开动机器，调节体系平衡后等待测定工作。

1.4.2 测定部分

用微孔进样器取出样品约10μL，称取样品质量，加入到反应器中，开动搅拌器，使其充分反应，待读数稳定后读出含水量。

1.5 类离子液体电导率测定

1.5.1 准备部分

打开油浴锅和电导率仪的电源，调节油浴锅温度为25℃，将盛有1、2、3、4号样的小锥形瓶架放在铁架台上，并将瓶身浸没于油浴锅中。

1.5.2 测定部分

待体系温度一致后，将电极插入到样品中（电极底端的铂片应完全浸没在样品中），稳定后读取读数。取出电极，清洗并晾干。之后，将油浴锅温度调至35、45、55、65℃，依次测量电导率值。

2 结果与分析

2.1 水含量分析

2.1.1 实际含水量（见表1）

表1 类离子液体含水量随镁含量的变化表

2.1.2 理论含水量

本文利用六水合氯化镁和DMF溶剂合成的类离子液体，在保证密封良好的情况下，水分的主要来源是氯化镁中的结晶水。通过计算可以得到1、2、3、4号样分别存在的理论水含量，见表2。

表2 类离子液体中的理论含水量值

2.1.3 理论值和实际值比较

由表1中数据可知，随着六水合氯化镁质量分数的增加，类离子液体中实际的水含量也在增加，六水合氯化镁的质量分数由20%增加到50%，实际测定的水含量由1 084.6μg增加到2 658.6μg。由表2中数据可知，随着氯化镁含量的增加，类离子液体中的理论含水量也在增加。

同一取样量下的理论含水量和实际含水量见表3。

表3 同一取样量下的理论含水量和实际含水量

不难看出，理论含水量和实际含水量在不同镁含量下的数值很接近，排除随机误差的影响，可认为理论值和实际值是一致的。

2.1.4 含水量测定的意义

无水氯化镁的制备过程是相当严格的，不能直接烘干氯化镁晶体，它必须在氯化氢气体的氛围下加热氯化镁才能得到［8－14］，成本要比六水合氯化镁高很多。本文采用相对比较易得的六水合氯化镁作为其中的一种原料合成所需要的类离子液体，反应后的结晶水就转变成为溶剂水，采用常规通氮气法即可除去绝大部分的水分。这种利用六水合氯化镁溶解于有机溶剂的脱水方法较传统的六水合氯化镁的脱水方法简便。

2.2 电导率分析

2.2.1 电导率图表（见表4、表5和第33页图1）

表4 DMF－氯化镁类离子液体的电导率随温度变化情况①

表5 DMF－氯化镁类离子液体的电导率随组成的变化情况①

由表4中数据可以看出，在组成一定时，类离子液体的电导率随温度升高而增大。由表5数据可知，在温度一定时，类离子液体的电导率随镁含量的升高而减小。

由图1可知，该类离子液体的电导率与温度和组成有关，与温度成正相关系，与组成（镁含量）成反比关系。

2.2.2 电导率的测定意义

通过电导率的测定，我们验证了类离子液体与离子液体具有一定的相似性，它们都有着比较高的电导率值，加上类离子液体具有绿色环保的特性，可运用在电池电解质中，保证了电池的高导电性和环保性［15－17］。

3 结论

由于类离子液体有着与离子液体相近的物化性质，所以类离子液体也能像离子液体一样，作为溶剂参与到众多的化学反应中，包括氢化反应、付克反应、heck反应及dield－alder反应。然而，最为重要的用途在于，类离子液体可用来研究金属及金属合金的电沉积形貌以及电极种类对电沉积的影响。本文利用六水合氯化镁和DMF溶剂在常温搅拌的条件下合成了一种无色、透明和均一性良好的类离子液体，测定了该类离子液体的电导率和含水量，得出以下结论：

1）该类体系为高电导率的类离子体系，电导率随温度的升高而增大，随六水合氯化镁含量的增大而减小。

2）六水合氯化镁中的水是整个类离子体系水的全部来源，反应前后水的理论值和实际值相近。

3）存在的不足和需要完善之处在于：

合成物的结构不能够确定，即2种反应物到底反应了没有、反应到什么程度等，需要进一步利用红外光谱、紫外光谱、质谱仪等分析其结构；测定的物理性质太少；对能否被电解的问题不能用数据来说明，后续需对合成物的循环伏安进行测定，从而得出能否被电解的条件。

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